南京市江寧區(qū)橫山凹滑坡發(fā)育特征及穩(wěn)定性分析

陳宗全

(中煤長江基礎(chǔ)建設(shè)有限公司，南京 210046)

0 引言

南京市地處長江中下游地區(qū)，是江蘇省內(nèi)受地質(zhì)災(zāi)害影響程度最劇烈的城市之一。南京市地質(zhì)災(zāi)害類型主要有崩塌、滑坡、地面塌陷與特殊類土(砂土、軟土)4大類，因其地處長江沿線，地理位置特殊，區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件較復(fù)雜，加上近些年來極端氣候和各類建設(shè)活動(dòng)等因素的影響，地質(zhì)災(zāi)害尤其是滑坡類災(zāi)害時(shí)常發(fā)生，且因其具有突發(fā)性、破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)，防范難度大，給人民生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來極大威脅[1]。

本文以橫山凹滑坡為研究對(duì)象，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、勘查及實(shí)驗(yàn)測(cè)試等方法，基本查明了滑坡體的特征。結(jié)合穩(wěn)定性分析成果，提出了滑坡治理工程措施，治理工程結(jié)束后，邊坡狀態(tài)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)預(yù)期治理效果。

1 滑坡區(qū)自然地理及地質(zhì)特征

橫山凹滑坡位于南京市江寧區(qū)北部，距離主城區(qū)約15km，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，無霜期長，雨量豐富，光照充足。年平均氣溫為15.7℃，全年最冷月份(1月)平均氣溫2.8℃，最熱月份(7月)平均氣溫是27.9℃，極端最低氣溫為-13.3℃，極端最高氣溫達(dá)40.4℃。全年平均降水量為1 072.9mm，1991年最高達(dá)2 006.0mm，1978年最少只有479.8mm。

橫山凹滑坡地處靈山─龍王山西部北側(cè)，地表高程14～86m，地形坡度為20°～30°，局部較陡達(dá)40°左右，主要由第四系松散土層、三疊系、二疊系沉積巖組成，區(qū)內(nèi)地表無水系，大氣降水為治理區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源，而地表自然蒸發(fā)、側(cè)向徑流及人為開采則是其主要排泄方式。附近人類工程活動(dòng)包括早期煤礦開采和近些年來的礦山地質(zhì)環(huán)境治理，研究區(qū)進(jìn)行過地形整治和綠化工作，并在坡腳位置進(jìn)行了回填壓腳。

2 滑坡發(fā)育特征

2.1 邊界特征及規(guī)模

橫山凹滑坡位于靈山北坡，地勢(shì)南高北低，坡面呈傾斜狀，坡腳以北為居民區(qū)，地勢(shì)平緩。邊坡在標(biāo)高+30m和+50m處均為平臺(tái)。

該滑坡四周界線較為清晰，平面上呈喇叭形，滑坡前緣呈現(xiàn)弧狀，滑壁則呈圈椅狀?；潞缶夗敳繕?biāo)高為+48m，前緣標(biāo)高為+16.7m，相對(duì)高差31m，滑坡體后緣壁上下盤高差1m，形成的后壁坡度約42°，滑坡體坡度為25°左右，坡面發(fā)育有多條裂縫，規(guī)模較大的有6條，坡腳有2處發(fā)生隆起變形?；卵刂骰较蜷L度約120m，寬度約135m，投影面積為16 158m2?？辈橘Y料顯示，滑體平均厚度約13m，得到滑體總體積約21萬m3，屬中型土質(zhì)滑坡[2-3]。滑坡特征及勘查工程布置如圖1所示。

圖1 滑坡特征及勘查工程布置Figure 1 Landslide features and prospecting engineering layout

2.2 滑坡體變形

2016年進(jìn)入雨季后，降水量逐漸增大，7月份達(dá)到了477.3mm，持續(xù)強(qiáng)降雨誘發(fā)了本次滑坡。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘、調(diào)查，滑坡后緣位于標(biāo)高+48m處?；w后緣因滑坡體下滑而形成長約50m，高差約1m的滑坡壁，主滑方向NE15°左右。坡面受土體變形位移影響，裂縫較發(fā)育，局部鼓脹變形，導(dǎo)致坡面排水溝遭受變形破壞；滑坡下部受下滑土體擠壓作用，剪出口處水泥道路局部路面鼓脹開裂，道路北側(cè)出現(xiàn)東西向貫通裂縫，同時(shí)水平推移變形較大。

滑坡發(fā)生后對(duì)滑坡范圍建構(gòu)筑物造成嚴(yán)重影響和破壞。坡體上的截排水溝及坡腳塊石擋墻均遭到不同程度的損毀，坡體下部的民房前后地面變形嚴(yán)重，房屋開裂、房屋柱歪斜。

2.3 滑坡體物質(zhì)結(jié)構(gòu)

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查、地質(zhì)剖面測(cè)量及勘查鉆孔揭露，滑坡體組成物質(zhì)主要有殘(坡)積土、粉質(zhì)黏土、回填土等。其中，殘(坡)積土呈可塑—硬塑狀，壓縮性中等，泥灰?guī)r為其主要成分，遇水后易軟化；粉質(zhì)黏土則呈可塑—硬塑狀態(tài)，具有松散結(jié)構(gòu)，土中黏粒含量比例高，具有中等壓縮性；回填土分上下兩層，上部以碎塊為主，巖性主要為灰?guī)r，含礦渣碎屑物質(zhì)，碎石含量超過70%，個(gè)別粒徑大于5cm，下部則以土質(zhì)為主[4]，結(jié)構(gòu)較為松散，雨水易于入滲。

根據(jù)地質(zhì)剖面測(cè)繪結(jié)果分析，滑體結(jié)構(gòu)主要分為兩種類型：一種是在滑坡體中部的主滑區(qū)(2-2’剖面附近)填土厚度較大，滑坡體主要由回填土組成；另一種是滑坡兩翼，滑坡體主要由殘(坡)積土、粉質(zhì)黏土及回填土組成[5]。

2.4 滑帶土

據(jù)勘查鉆孔資料與巖土樣室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)合物探成果綜合分析，該滑坡在不同的剖面位置滑帶土的類型不一，分述如下：

1)主滑區(qū)。該區(qū)域回填土層較厚，根據(jù)物探布置的高密度電法D3線及地質(zhì)雷達(dá)L2線解譯結(jié)果，滑動(dòng)面最大深度約15m，主要位于回填土中。據(jù)鉆探揭露及室內(nèi)試驗(yàn)，滑帶土主要為回填土層，滑坡主滑方向NE15°左右?；禄嫘螒B(tài)主要受回填土底面控制，滑動(dòng)面總體為折線狀，滑面平均25°，在不同部位滑面埋深不等。

2)滑坡兩翼。根據(jù)物探布置D1、D2、L1、L3線，滑坡兩翼滑面變淺，滑坡西側(cè)翼部滑動(dòng)面主要分布在+30m平臺(tái)以下坡體中?；聳|側(cè)翼部滑動(dòng)面延伸至坡頂，結(jié)合鉆探揭露的地層情況，滑帶土主要為滑坡后緣、前緣為回填土，中部為殘(坡)積土。滑面形態(tài)主要受基巖頂面控制，滑動(dòng)面總體為折線狀，滑面平均20°，在不同部位滑面埋深不等。

3 滑坡破壞模式及主要影響因素

3.1 形成機(jī)制分析

據(jù)本次野外踏勘、調(diào)查和勘查工作成果資料，該滑坡體地表形態(tài)呈上陡下緩狀，物質(zhì)組成以回填土、粉質(zhì)黏土及殘(坡)積土為主，下伏基巖巖性為三疊系青龍組石灰?guī)r，基巖面同樣為上陡下緩狀態(tài)。

由于治理區(qū)內(nèi)曾進(jìn)行過回填土施工，改變了原先自然地形地貌，而且增加了原始坡面的荷載，并且回填土松散，透水性能較好，雨水極易入滲，回填土體吸水后達(dá)到飽和，自重劇增。同時(shí)雨水的入滲使得土體的抗剪強(qiáng)度急劇降低，最終上覆土層在飽和自重及地下水滲流等作用綜合影響下沿軟弱帶發(fā)生向下滑動(dòng)，在坡體內(nèi)部形成斷續(xù)的滑動(dòng)面。隨著坡體的進(jìn)一步滑動(dòng)，滑面漸漸貫穿連通，導(dǎo)致坡體發(fā)生整體性滑動(dòng)[6-7]。

3.2 破壞模式

據(jù)勘查結(jié)果綜合分析，滑坡的滑動(dòng)面主要在填土層或殘積層與強(qiáng)風(fēng)化基巖面交界處，滑床深度與滑面形態(tài)受基巖頂面埋深控制，總體呈折線型滑動(dòng)，局部呈圓弧形滑動(dòng)(主要為填土層較厚且具有較大高差的地段)。

3.3 影響因素

1)地形地貌?；聟^(qū)域山體地形整體呈上陡下緩傾斜形態(tài)，上部陡立坡面匯集雨水對(duì)下部平緩坡段沖刷侵蝕較強(qiáng)，同時(shí)+50m高處為一個(gè)回填平臺(tái)，土質(zhì)松散，地表水徑流緩慢，大氣降水易滲入邊坡體內(nèi)部，對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2)地層結(jié)構(gòu)及巖性。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、地質(zhì)勘查，據(jù)區(qū)域地質(zhì)與勘查資料，治理區(qū)巖土體分為4個(gè)工程地質(zhì)層，自上而下為：①填土層；②粉質(zhì)黏土層；③殘(坡)積土層；④1強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r層；④2中風(fēng)化灰?guī)r層。其中①～③層為滑體的主要組成部分，土層松散，孔隙多，隨著降水入滲后，不斷吸水飽和，使土巖交界面受浸潤后抗剪強(qiáng)度降低，抗滑力減小而自重增加，最終引起滑坡。

3)人類工程活動(dòng)。近年來，靈山—龍王山一帶實(shí)施了礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程，治理區(qū)內(nèi)中部及西部進(jìn)行了地形整治及綠化工作，地形整治過程中對(duì)區(qū)內(nèi)部分區(qū)域進(jìn)行了回填壓腳，不僅改變了原有自然地形地貌，而且增加了原始坡面的荷載，直接影響原始邊坡的穩(wěn)定。

4)降水入滲。大氣降水時(shí)隨著雨水不斷滲透進(jìn)坡體內(nèi)，使土體中的孔隙水壓力增大，加重滑體的自重，使處于極限平衡狀態(tài)下的滑坡體產(chǎn)生滑動(dòng)；其次是水不斷滲透到滑動(dòng)面(帶)上，不斷軟化并降低接觸土體間的抗剪強(qiáng)度，抗滑能力變差，滑坡體變形逐漸增大，直至失穩(wěn)發(fā)生滑移。且近年地區(qū)降水量不斷增多(由2013年的927.68mm增加到2016年的1 807.7mm)，這也正是本次滑坡產(chǎn)生的直接誘因[8]。

4 穩(wěn)定性分析

正確地評(píng)判滑坡當(dāng)前的穩(wěn)定性及其變化趨勢(shì)是經(jīng)濟(jì)合理選擇工程場(chǎng)地的前提，準(zhǔn)確計(jì)算滑坡特定部位推力值對(duì)設(shè)計(jì)抗滑工程結(jié)構(gòu)的選擇具有指導(dǎo)作用，二者對(duì)應(yīng)于滑坡穩(wěn)定性定性分析與定量分析兩個(gè)方面[9-10]。

4.1 定性分析

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，滑坡前緣地帶為道路與居民區(qū)，地形平緩，臨空高差很小，滑坡區(qū)地表無徑流，周邊沒有新的加載來源，人為動(dòng)力因素被禁止，原邊坡張拉裂隙及前緣隆起，亦未發(fā)現(xiàn)有進(jìn)一步擴(kuò)展和變形跡象，因此，該邊坡目前宏觀上總體呈穩(wěn)定狀態(tài)[11]。

4.2 定量分析

4.2.1 計(jì)算模型與計(jì)算方法

治理區(qū)滑坡類型為土質(zhì)滑坡，滑動(dòng)面形狀為折線形，根據(jù)該滑坡的破壞模式，按照相關(guān)規(guī)范要求，采用折線型滑動(dòng)面?zhèn)鬟f系數(shù)法[12-13]計(jì)算橫山凹滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)和推力值，計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 折線形滑面?zhèn)鬟f系數(shù)法計(jì)算模型示意Figure 2 Schematic diagram of broken line sliding surfacetransfer coefficient method computation model

穩(wěn)定性計(jì)算公式如下：

(1)

其中：

Rn={Wn[(1-ru)cosan-Asinan]-RDn}tanφn+CnLn

(2)

Tn=Wn(sinan+Acosan)+TDn

(3)

(4)

式中：Wi——第i條塊的重量，kN/m；

φi——第i條塊土的內(nèi)摩擦角,(°)；

Ci——第i條塊土的內(nèi)聚力，kPa；

Li——第i條塊滑面長度，m；

ai——第i條塊滑面傾角,(°)；

βi——第i條塊地下水流向,(°)；

A——地震加速度，g；

Ti——第i塊滑動(dòng)面上的下滑力，kN/m；

Ri——第i塊滑動(dòng)面上的抗滑力，kN/m；

Ψj——傳遞系數(shù)；

ru——空隙壓力比；

TDi——滲透壓力平行滑面的分力，kN/m;

RDi——滲透壓力垂直滑面的分力，kN/m。

Kf——滑坡穩(wěn)定系數(shù)。

滑坡推力計(jì)算公式：

Pi=Pi-1×Ψi-1+Ks×Ti-Ri

(5)

式中：Ks——設(shè)計(jì)安全系數(shù)；

Pi——滑坡推力，kN/m；

4.2.2 工況選取

綜合滑坡體地形特征及地下水情況，本次選定以下兩種工況進(jìn)行此滑坡穩(wěn)定性計(jì)算。第一種天然工況，第二種暴雨工況。

4.2.3 計(jì)算參數(shù)選取

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，綜合考慮滑坡滑動(dòng)變形所處的階段，以天然和飽和狀態(tài)下的峰值和殘余強(qiáng)度試驗(yàn)值為基礎(chǔ)，綜合選取滑帶土的抗剪強(qiáng)度值。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查，在當(dāng)前天然條件下，滑坡體狀態(tài)穩(wěn)定，滑坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)主要以試驗(yàn)室提供的室內(nèi)試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合參數(shù)反演、巖性特征綜合確定。最終確定穩(wěn)定性計(jì)算采用的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 滑帶土物理力學(xué)參數(shù)取值

4.2.4 計(jì)算結(jié)果及評(píng)價(jià)

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218—2006)中對(duì)穩(wěn)定性系數(shù)F值劃分標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)本治理區(qū)災(zāi)害發(fā)育特征，結(jié)合勘查及物探工作布置情況，對(duì)該滑坡體3條地質(zhì)剖面(編號(hào)1-1’～3-3’)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，分別得到天然、暴雨2種工況下的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)F及穩(wěn)定狀態(tài)如表2所示。

表2 不同工況下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)

綜合上述定性分析和定量計(jì)算可知，天然工況條件下3條計(jì)算剖面都呈穩(wěn)定狀態(tài)；而暴雨工況條件下3條計(jì)算剖面則都處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這與該滑坡恰恰發(fā)生于強(qiáng)降雨時(shí)期的實(shí)情是相符合的。由此認(rèn)為本滑坡體總體呈不穩(wěn)定狀態(tài)，安全程度不足，在強(qiáng)降水等誘因下可能發(fā)生整體或局部滑動(dòng)[14-15]。

5 滑坡治理措施

1)削坡減載。該滑坡滑體厚度較大，局部坡段坡面較陡，設(shè)計(jì)采用削坡減載，有效減小坡體下滑力。根據(jù)現(xiàn)狀地形及設(shè)計(jì)計(jì)算，擬采用三級(jí)削坡，各級(jí)坡面坡度不超過20°，于+30m、+40m和+50m標(biāo)高設(shè)置平臺(tái)，其中+40m平臺(tái)西側(cè)標(biāo)高漸變至+30m平臺(tái)。平臺(tái)寬度10m。

2)抗滑樁。根據(jù)計(jì)算，削坡減載后坡體仍有部分剩余下滑力，為此，在坡腳的阻滑段(距離坡腳15～30m位置)設(shè)置一排抗滑樁，樁頂采用冠梁連接，其中3-3’剖面以東為保護(hù)房屋安全，抗滑樁設(shè)置在房屋南側(cè)。為利于排水，抗滑樁中心線以南至坡腳范圍內(nèi)的場(chǎng)地應(yīng)平整為坡度不小于3°的緩坡。

抗滑樁采用圓形樁，樁徑2m，樁中心距3.0m，縱筋采用ф36mm的HRB400鋼筋，螺旋箍筋采用ф12mm的HRB400鋼筋，架立筋采用ф14HRB400鋼筋，樁長21～25m，且須保證樁端進(jìn)入中風(fēng)化不小于5m。

3)截排水溝。坡頂設(shè)置截水溝，坡面、坡腳、平臺(tái)等位置設(shè)置排水溝，截排水溝系統(tǒng)與外界排水系統(tǒng)連接，攔截并排除坡面積水，保護(hù)坡面穩(wěn)定安全[16]。

4)噴播綠化。為改善治理區(qū)生態(tài)環(huán)境，提升景觀效果，在治理區(qū)坡面平臺(tái)采用普通噴播。坡腳北側(cè)廢棄地進(jìn)行撒播草籽，但應(yīng)繞開建筑物、道路等建構(gòu)筑物，草籽配置同普通噴播，按15g/m2撒播。

該治理工程2017年已全面完工，治理完成后至今，邊坡整體穩(wěn)定，未再發(fā)生滑塌現(xiàn)象，證明治理措施行之有效，達(dá)到了消災(zāi)減災(zāi)，保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全的目的，避免坡底建筑與道路再遭破壞損失，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6 結(jié)論

1)本滑坡周界清晰，滑坡后緣中心標(biāo)高約48m處，剪出口位于坡腳道路北側(cè)，標(biāo)高約16.7m，滑坡相對(duì)高差達(dá)31m，滑坡縱向長度約120m，平均寬度135m，投影面積約16 158m2；滑體平均厚度約13m，滑坡方量約21萬m3，屬中型土質(zhì)滑坡。

2)查明本滑坡滑動(dòng)帶位于填土層中或殘積土層與下伏基巖交界處，滑體主要由回填土、粉質(zhì)黏土及殘(坡)積土組成。強(qiáng)降水入滲是引發(fā)滑坡災(zāi)害的首要誘發(fā)因素。

3)經(jīng)穩(wěn)定性計(jì)算，該滑坡體在天然工況狀態(tài)下3條計(jì)算剖面都呈穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況條件下3條計(jì)算剖面都處于不穩(wěn)定狀態(tài)，與該滑坡發(fā)生于強(qiáng)降雨時(shí)期的實(shí)際情況相符。

4)綜合運(yùn)用削坡減載、抗滑樁、截排水溝、噴播綠化等措施進(jìn)行了滑坡治理，治理效果顯著。